16.法拉第电磁感应定律.docx

二、电磁感应现象当穿过闭合电路的磁通量发生变化时，电路中有电流产生，这种现象称为电磁感应现象。1、产生感应电动势的条件无论回路是否闭合，只要穿过线圈平面的磁通量发生变化，回路中就有感应电动势。产生感应电动势的那部分导体相当于电源。2、产生感应电流的条件（1）电路闭合；（2）穿过闭合回路中的磁通量发生变化。三、楞次定律感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，这就是楞次定律。1、对楞次定律的理解（1）因果关系应用楞次定律实际上就是寻求电磁感应中的因果关系。磁通量发生变化是原因，产生感应电流是结果。原因产生结果，结果又反过来影响原因。（2）楞次定律中“阻碍”的含义楞次定律中所说的“阻碍”并非“阻止”。原磁场的磁通量变与不变以及如何变，不受感应电流的磁场的限制。当原磁场的磁通量发生变化时，感应电流的磁场不会阻止（也阻止不了）原磁场的磁通量的变化使原磁场的磁通量变化“慢一点”，即对原磁场的磁通量的变化起到“缓冲”作用。2、楞次定律的应用（1）感应电流的磁场总是阻碍原磁场或原磁通量的变化“增反减同”；（2）感应电流所受原磁场的安培力总是阻碍（导体的）相对运动“来拒去留”；（3）磁通量增加，线圈面积“缩小”；磁通量减小，线圈面积“扩张”“增缩减扩”（4）感应电流电流总是阻碍原电流的变化（自感现象）3、应用楞次定律判断感应电流的方法楞次定律说明的只是感应电流的磁场与原磁场方向之间的关系，即穿过闭合回路的磁通量增大时，两磁场方向相反；磁通量减小时，两磁场方向相同。因此，根据楞次定律判断感应电流的方向时，应按以下步骤进行：（1）明确闭合电路范围内的原磁场的方向；（2）分析穿过闭合电路的磁通量的变化情况；（3）根据楞次定律，判定感应电流磁场的方向；（4）利用安培定则，判断感应电流的方向。4、右手定则伸开右手，使拇指与其余四个手指垂直，并都与手掌在同一个平面内，让磁感线从掌心进入，并使拇指指向导线运动的方向，这是，四指所指的方向就是感应电流的方向。如图：5、楞次定律、右手定则、左手定则、安培定则的综合应用（1）规律比较基本现象应用的定则或定律运动电荷、电流产生磁场安培定则磁场对运动电荷、电流有作用力左手定则部分导体做切割磁感线运动右手定则电磁感应闭合电路磁通量变化楞次定律（2）应用区别因电而生磁（IB）安培定则因动而生电（V、BI）右手定则因电而受力（I、BF）左手定则（3）相互联系应用楞次定律，必然要用到安培定则；感应电流受到的安培力，有时可以先用右手定则确定电流方向，再用左手定则确定安培力的方向，有时可以直接用楞次定律的推论确定。四、法拉第电磁感应定律1、电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。这就是法拉第电磁感应定律。公式为：（n为线圈的匝数）。这是法拉第电磁感应定律最普遍的表达式，表明了感应电动势的大小取决于磁通量变化的快慢和线圈匝数。2、导体切割磁感线的情形（1）若B、L、v相互垂直，则E=BLv；（2）E=BLsin，为运动方向与磁感线方向的夹角。（3）导体棒在磁场中转动导体棒以端点为轴，在匀强磁场中垂直于磁感线方向匀速转动产生的感应电动势E=（平均速度取中点位置的线速度）3、电动势的两种求法（1）E=n求的是回路中t时间内的平均电动势。（2）E=BLv既能求导体做切割磁感线运动的平均电动势，也能求瞬时电动势。v为平均速度时，E为平均电动势；v为瞬时速度时，E为瞬时感应电动势，其中L为有效长度。E=BLv的适用条件：导体棒平动垂直切割磁感线，当速度v与磁感线B不垂直时，要求出垂直于磁感线的速度分量。E=的使用条件：导体棒绕一个端点匀速转动垂直切割磁感线，而不是绕导体上中间的某点。E的适用条件：线框绕垂直于匀强磁场方向的一条轴线从中性面开始转动，与轴的位置无关，与线框的形状无关。当从与中性面垂直的位置开始计时时，公式变为：E。（3）公式E=n和E=BLv是统一的，前者当t0时，E为瞬时值，后者v若代入平均速度，则求出的是平均值，是一般来说前者求平均感应电动势更方便，后者求瞬时感应电动势更方便。注意：1对公式E=BLv，要在理解的基础上应用，不能随便代入数据。如果B、L、v中任意两个量平行，则导体在磁场中运动时不切割磁感线，E=0；2若导线是曲线，则L应是导线的有效长度，即当导线垂直切割磁感线时，导线量端点的连线在垂直于v的方向上的投影长度；3整个回路中感应电动势为0时，其回路中某段导体的感应电动势不一定为0。五、自感与涡流（一）自感现象1、自感：由于导体本身的电流变化而产生的电磁感应现象叫做自感现象。产生的电动势叫做自感电动势。电流I变化时，自感电动势阻碍电流的变化。（当I增加时，自感电动势反抗I增加；当I减小时，自感电动势补充I的减小。）2、原因：导体本身的电流变化，引起磁通量的变化。3、自感电动势E=和自感系数（1）自感电动势反映电流变化的快慢。（2）自感系数L决定于线圈和自身（长度、截面积、匝数、铁芯）（3）自感电动势由L和I的变化率公共决定。（4）单位：亨利（H），1H=mH，1mH=H4、对自感现象的理解使线圈中的电流渐变而不突变，即电流从一个值变化到另一个值需要一定的时间。在阻碍电流增大的过程中本身就储存了磁场能，而在阻碍电流减小的过程中，又把储存的磁场能释放出来。当流过自感线圈的电流不变时，线圈仅起到导线（或电阻）的作用。（2）自感电动势的方向如果导体中原来的电流是增大的，自感电动势就要阻碍原来电流的增大，即感应电流的方向与原电流相反。如果导体中原来的电流是减小的，自感电动势就要阻碍原来电流的减小，即感应电流的方向与原电流的方向相同。（3）通电自感和断电自感的对比通电自感断电自感电路图器材要求灯泡1、2同规格，L很大（有铁芯）现象在S闭合瞬间，灯泡2立刻亮起来，灯泡1逐渐变亮，最终两灯一样亮在开关S断开时，灯A突然闪亮一下后再逐渐熄灭原因由于开关闭合时，通过电感线圈的感应电流迅速增大，使线圈产生自感电动势，阻碍了电流的增大，使流过灯1的电流比流过灯2的电流增加得慢。S断开时，线圈L产生自感电动势，阻碍了电流的减小，使电流继续存在一段时间，灯A中电流反向，不会立刻熄灭。若原来的，则A灯熄灭前要亮一下。若，原来电流，则灯A逐渐熄灭不再闪亮一下。能量转化情况电能转化为磁场能磁场能转化为电能5、日光灯日光灯是家庭、企事业单位最常见的照明灯具之一，它以节能、亮度高、光线柔和而深受人们的喜爱。日光灯主要由灯管、镇流器、启动器三部分组成，如图所示。灯管用于发光，启动器用于自动通断电路，整流器用于产生瞬间高压（自感电动势）点燃灯管以及电路稳定后起到降压限流的作用。当开关闭合后，启动器动静接触片间发出辉光，使得动接触片断开，镇流器由于电流急剧减小而产生瞬间高压使灯管中气体放电而发光。电量的计算Q=It由法拉第电磁感应定律求：基础达标：1、穿过一个电阻为R=1的单匝闭合线圈的磁通量始终每秒钟均匀的减少2Wb，则：（ ）A、线圈中的感应电动势每秒钟减少2V B、线圈中的感应电动势是2VC、线圈中的感应电流每秒钟减少2AD、线圈中的电流是2A2下列几种说法中正确的是： （ ）A、线圈中的磁通量变化越大，线圈中产生的感应电动势一定越大B、穿过线圈的磁通量越大，线圈中的感应电动势越大C、线圈放在磁场越强的位置，线圈中的感应电动势越大D、线圈中的磁通量变化越快，线圈中产生的感应电动势越大3、长度和粗细均相同、材料不同的两根导线，分别先后放在U形导轨上以同样的速度在同一匀强磁场中作切割磁感线运动，导轨电阻不计，则两导线：（ ）A、产生相同的感应电动势B、产生的感应电流之比等于两者电阻率之比C、产生的电流功率之比等于两者电阻率之比；D、两者受到相同的磁场力4、在理解法拉第电磁感应定律及改写形势,的基础上（线圈平面与磁感线不平行），下面叙述正确的为：（ ）A、对给定线圈，感应电动势的大小跟磁通量的变化率成正比B、对给定的线圈，感应电动势的大小跟磁感应强度的变化成正比C、对给定匝数的线圈和磁场，感应电动势的大小跟面积的平均变化率成正比D、题目给的三种计算电动势的形式，所计算感应电动势的大小都是时间内的平均值5、如图1中，长为L的金属杆在外力作用下，在匀强磁场中沿水平光滑导轨匀速运动，如果速度v不变，而将磁感强度由B增为2B。除电阻R外，其它电阻不计。那么：（ ）A、作用力将增为4倍B、作用力将增为2倍C、感应电动势将增为2倍D、感应电流的热功率将增为4倍cdFR6、如图2所示，固定于水平绝缘平面上的粗糙平行金属导轨，垂直于导轨平面有一匀强磁场。质量为m的金属棒cd垂直放在导轨上，除电阻R和金属棒cd的电阻r外，其余电阻不计；现用水平恒力F作用于金属棒cd上，由静止开始运动的过程中，下列说法正确的是： （ ）来源:学。科。网A、水平恒力F对cd棒做的功等于电路中产生的电能B、只有在cd棒做匀速运动时，F对cd棒做的功才等于电路中产生的电能C、无论cd棒做何种运动，它克服安培力所做的功一定等于电路中产生的电能D、R两端的电压始终等于cd棒中的感应电动势的值7、如图3所示，把金属圆环匀速拉出磁场，下列叙述正确的是：（ ）A、向左拉出和向右拉出所产生的感应电流方向相反B、不管向什么方向拉出，只要产生感应电流，方向都是顺时针C、向右匀速拉出时，感应电流方向不变D、要将金属环匀速拉出，拉力大小要改变8、有一个n匝线圈面积为S，在时间内垂直线圈平面的磁感应强度变化了，则这段时间内穿过n匝线圈的磁通量的变化量为，磁通量的变化率为，穿过一匝线圈的磁通量的变化量为，磁通量的变化率为。9、如图4所示，前后两次将磁铁插入闭合线圈的相同位置，第一次用时0.2S，第二次用时1S；则前后两次线圈中产生的感应电动势之比。10、如图5所示，用外力将单匝矩形线框从匀强磁场的边缘匀速拉出设线框的面积为S，磁感强度为B，线框电阻为R，那么在拉出过程中，通过导线截面的电量是_能力提升：11、在图6中，闭合矩形线框abcd位于磁感应强度为B的匀强磁场中，ad边位于磁场边缘，线框平面与磁场垂直，ab、ad边长分别用L1、L2表示，若把线圈沿v方向匀速拉出磁场所用时间为t，则通过线框导线截面的电量是: （ ）A、B、C、D、12、如图7所示，两个互连的金属圆环，粗金属环的电阻为细金属环电阻的，磁场方向垂直穿过粗金属环所在的区域，当磁感应强度随时间均匀变化时，在粗环内产生的感应电动势为E，则a、b两点的电势差为。13、如图8所示，两光滑平行金属导轨水平放置在匀强磁场中，磁场与导轨所在平面垂直，金属棒可沿导轨自由移动，导轨一端跨接一个定值电阻，金属棒和导轨电阻不计；现用恒力将金属棒沿导轨由静止向右拉，经过时间速度为v，加速度为，最终以2v做匀速运动。若保持拉力的功率恒定，经过时间，速度也为v，但加速度为，最终同样以2v的速度做匀速运动，则：（ ）14、如图9所示，金属杆ab以恒定速率v在光滑平行导轨上向右滑行，设整个电路中总电阻为R（恒定不变）,整个装置置于垂直纸面向里的匀强磁场中，下列叙述正确的是：（ ）A、ab杆中的电流与速率v成正比；B、磁场作用于ab杆的安培力与速率v成正比；C、电阻R上产生的电热功率与速率v的平方成正比；D、外力对ab杆做的功的功率与速率v的平方成正比。15、如图10所示，一个圆形线圈的匝数n=1000，线圈面积S=200cm2,线圈的电阻r=1,线圈外接一个阻值R=4的电阻，把线圈放入一方向垂直线圈平面向里的匀强磁场中，磁感应强度随时间变化规律如图所示；求：（1）、前4S内的感应电动势（2）、前5S内的感应电动势RPQMNab16、如图11所示，金属导轨MN、PQ之间的距离L=0.2m,导轨左端所接的电阻R=1,金属棒ab可沿导轨滑动，匀强磁场的磁感应强度为B=0.5T, ab在外力作用下以V=5m/s的速度向右匀速滑动，求金属棒所受安培力的大小。CDABRabcd17、如图12所示，在连有电阻R=3r的裸铜线框ABCD上，以AD为对称轴放置另一个正方形的小裸铜线框abcd，整个小线框处于垂直框面向里、磁感强度为B的匀强磁场中已知小线框每边长L，每边电阻为r,其它电阻不计。现使小线框以速度v向右平移，求通过电阻R的电流及R两端的电压18、在磁感强度B=5T的匀强磁场中，放置两根间距d=0.1m的平行光滑直导轨，一端接有电阻R=9，以及电键S和电压表垂直导轨搁置一根电阻r=1的金属棒ab，棒与导轨良好接触现使金属棒以速度v=10m/s匀速向右移动，如图13所示，试求：（1）电键S闭合前、后电压表的示数；（2）闭合电键S，外力移动棒的机械功率19、如图14所示，电阻为R的矩形线圈abcd，边长ab=L,bc=h，质量为m。该线圈自某一高度自由落下，通过一水平方向的匀强磁场，磁场区域的宽度为h，磁感应强度为B。若线圈恰好以恒定速度通过磁场，则线圈全部通过磁场所用的时间为多少？来源:学+科+网20、如图15所示，长为L的金属棒ab与竖直放置的光滑金属导轨接触良好（导轨电阻不计），匀强磁场中的磁感应强度为B、方向垂直于导轨平面，金属棒无初速度释放，释放后一小段时间内，金属棒下滑的速度逐渐，加速度逐渐。21竖直放置的光滑U形导轨宽0.5m，电阻不计，置于很大的磁感应强度是1T的匀强磁场中，磁场垂直于导轨平面，如图16所示，质量为10g，电阻为1的金属杆PQ无初